鋼管混凝土泵送頂升混凝土施工工藝

1、一、工程概況鋼管內(nèi)灌注C45微膨脹混凝土，混凝土要求具有良好的泵送性能和微膨脹性，能夠抵消混凝土收縮。主跨426×20鋼管共439.892m，426×12鋼管共1245.464m，共壓注混凝土210m3；203×10鋼管共813.844m，水平布置的203鋼管共369.078m，灌注微膨脹水泥漿共9.1m3，豎向布置的203鋼管共444.766m不壓漿。水平203鋼管單根最長8.7m，需壓漿0.25m3，最短3m，需壓漿0.1m3。  二、工藝原理鋼管混凝土的灌注采用泵送頂升壓注法，利用混凝土輸送泵的壓力，在拱腳開壓注口，在拱頂開出漿孔，將混凝土沿鋼管從

2、下往上一次壓注完成，保證混凝土的連續(xù)和均勻。充分利用各種外加劑的特性來改善混凝土的性能，以提高混凝土強度、和易性和可泵性來補償鋼管混凝土干縮、溫縮。  三、施工方法1、配合比設(shè)計由于鋼管內(nèi)有法蘭致使鋼管內(nèi)徑從402突變?yōu)?83，混凝土泵送高度高達(dá)41m、距離長達(dá)100m，這些因素造成混凝土泵送阻力很大，因此鋼管混凝土泵送施工難度大，對混凝土的技術(shù)性能提出了更高的要求。配合比設(shè)計應(yīng)遵循以下指標(biāo)：(1)混凝土設(shè)計強度：C45；(2)混凝土具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不離析、自密性好；(3)混凝土具有補償收縮性，并滿足下表要求： 項目限制膨脹率（%）限制干縮率（%）抗壓

3、強度（Mpa）齡期水中14d水中14d，空氣中28d28d性能指標(biāo)1.5×10-23.0×10-254.9     (4)初凝時間必須滿足每孔管道的壓注完畢后，混凝土仍具有足夠的和易性，本次配合比設(shè)計要求初凝時間大于13小時，終凝時間大于16小時。坍落度控制在2022，擴展度大于55，壓力泌水率S1015ml、S14040100ml；(5)膠凝材料最少用量（水泥、膨脹劑和摻合料的總量）大于300kg/m3。配合比設(shè)計由W4標(biāo)中心實驗室完成，并委托葛洲壩試驗中心對重要指標(biāo)進行復(fù)檢。使用原材料如下，各材料用量根據(jù)實驗室配合比報告

4、執(zhí)行。(1)水泥:華新"堡壘"牌 P.O 42.5.(不得使用硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥和高鋁水泥；(2)細(xì)骨料:洞庭湖中砂；(3)粗骨料:三岔口反擊破碎石（520mm）；(4)粉煤灰:武漢華壁級粉煤灰（摻量1822%）；(5)武漢三源EVA膨脹劑（摻量1014%）；(6)山東淄博華偉NOF-AS高效減水劑（摻量1.31.5%）。2、補償收縮混凝土限制膨脹率的計算及確定：補償收縮混凝土性能指標(biāo)的確定，一是在不影響抗壓強度的條件下膨脹率盡量增大，二是干縮落差要小?；炷镣饧觿?yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50119-2003中規(guī)定補償收縮混凝土的膨脹性能，以限制條件下的膨脹率和干縮率表示。

5、因為混凝土收縮受到限制才會產(chǎn)生裂紋，而混凝土膨脹在限制條件下才能產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。計算公式為：c=×Es×2注：a.（配筋率，Es鋼筋彈性模量，2限制膨脹率）；b. 膨脹試件尺寸為100mm×100mm×300mm，中間預(yù)埋兩端帶鋼板的10mm鋼筋，配筋率=0.007854，鋼筋的彈性模量取Es2×105Mpa；c.c=0.007854×10-2×2×105×2=1.5721=1.57×103×2（Mpa）根據(jù)GB50119-2003中規(guī)定摻膨脹劑的補償收縮混凝土水中養(yǎng)護14d的限制膨脹率

6、0.015%，相當(dāng)于在結(jié)構(gòu)中建立的預(yù)壓應(yīng)力大于0.2Mpa；d.補償收縮混凝土的限制膨脹率最好控制在0.02%0.03%即預(yù)壓應(yīng)力為0.240.47Mpa。3、混凝土的運輸方案及混凝土泵的選擇a.混凝土的運輸方案方案1：橋臺頂至拱座頂?shù)穆洳顬?2m，水平距離約為40m，若在橋臺附近布置一臺混凝土泵向下泵送混凝土，在拱座頂再布置一臺混凝土泵接力，則傾斜向下配管長度約為60m，根據(jù)混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程JGJ/T10-95的要求，應(yīng)在斜管下端設(shè)5倍高差長度的水平管，由于現(xiàn)場地形狹窄，即使設(shè)置彎管或環(huán)形管也很難實現(xiàn)，所以采用兩臺混凝土泵接力輸送混凝土的方案不現(xiàn)實，應(yīng)予以否定。方案2：根據(jù)拱座基礎(chǔ)灌注

7、經(jīng)驗，我們?nèi)钥刹捎么草斔突炷林凉白?。由于自溜距離較長，混凝土到達(dá)拱座時部分離析，和易性差。因此我們可以在拱座頂放置一臺混凝土泵，泵上方設(shè)置一個容量為2m3、帶攪拌裝置的貯料斗用于將溜槽溜下的混凝土拌和均勻。然后將混凝土放入泵車內(nèi)泵入鋼管內(nèi)。備用管道、電焊機、氣割設(shè)備的作用是當(dāng)堵管發(fā)生或泵不上去的時候在混凝土到達(dá)位置開孔焊接帶閘閥泵管，然后連接備用管道繼續(xù)壓注直至管頂。備用管道用鋼筋固定在拱肋上。根據(jù)拱座施工經(jīng)驗，已有的攪拌站的生產(chǎn)能力每小時可以攪拌出1518m3混凝土，能夠滿足鋼管混凝土的連續(xù)壓注。b.混凝土泵的選擇輸送泵的額定泵送能力應(yīng)不小于灌注速率或?qū)嶋H混凝土供應(yīng)量的2倍；輸送泵的額

8、定壓力須滿足最大泵送壓力，即靜壓力和泵送壓力疊加之和。輸送泵的額定揚程應(yīng)大于1.5倍的灌注頂面高度，本橋要求輸送泵的額定揚程大于80m。頂升壓力計算：根據(jù)流體力學(xué)能量方程知Php，p為各種壓力損失總和。h2500×9.807×411MPa。p很復(fù)雜，有待進一步計算。綜合以上因素暫時選擇HBTS601390拖式混凝土高壓輸送泵，分配閥為S形擺管閥，最大理論輸出量60m3，出口處最大壓力為13MPa，電機功率為90KW，數(shù)量4臺，兩岸各一臺備用（宜昌臺側(cè)采用兩臺內(nèi)燃泵、萬州臺側(cè)采用兩臺電力泵）。4、模擬試驗為進一步掌握混凝土輸送系統(tǒng)的匹配情況及混凝土自身性能，灌注前進行模擬試驗

9、：用426×12鋼管余料對接成41m長的一段管路，內(nèi)部設(shè)置四個法蘭盤，法蘭盤連接形式同鋼拱肋節(jié)段連接方式。布設(shè)位置在萬州側(cè)邊坡上放置。焊接成型的鋼管利用纜索吊運輸安放。鋼管利用鋼管腳手架豎直支立固定，并設(shè)置三向纜風(fēng)繩將鋼管拉住?；炷凛斔捅迷O(shè)置在拱座上，混凝土利用溜槽輸送到儲料斗里，經(jīng)儲料斗拌和后泵入鋼管。試驗要達(dá)到的目的：（1）驗證混凝土的質(zhì)量能否滿足施工要求；（2）驗證混凝土輸送方案是否合理；（3）驗證混凝土泵選擇是否恰當(dāng)，選出混凝土泵；（4）驗證壓注后鋼管混凝土的密實性；（4）檢驗施工組織的效率。5、壓注施工（1）骨架426×12（20）鋼管內(nèi)混凝土壓注施工A出漿孔、

10、排氣孔及壓注頭制作骨架合攏后在拱頂處每根鋼管的頂部開一個125的孔，外焊168鋼管（長120），用12鋼板作加勁板，鋼管豎直向上，作排氣出漿孔。為減小混凝土在鋼管內(nèi)流動時的空氣阻力，同時在施工時觀察管內(nèi)混凝土的情況，沿鋼管縱向每隔30m設(shè)置一個排氣孔，排氣孔采用50鋼管，拱肋鋼管上按50鋼管內(nèi)徑開孔，用12鋼板作加勁板。當(dāng)排氣孔冒混凝土?xí)r，應(yīng)用螺桿堵住排氣孔，50鋼管上端預(yù)制內(nèi)螺紋，并配制相應(yīng)螺栓（或者用木塞塞緊）。加勁板焊接骨架鋼管采用周邊焊，焊縫高12。下弦管壓注頭設(shè)在離拱腳約7.5m處的鋼管側(cè)面，詳見圖3，與鋼管軸線呈30°50°夾角，上弦管壓注頭設(shè)在離拱腳約2.5m

11、處的鋼管頂部，與軸線的角度同下弦管，壓注頭安裝M125截止閥，出渣孔設(shè)在拱座上鋼管最低點，采用M70截止閥或鋼板螺栓連接封閉。B截止閥制作M125截止閥自加工成柵欄閥，將2m的125高壓泵管一分為二，切口角度按照與主弦管相交的角度來切。然后在泵管上間隔開4個約18的孔，孔開在安裝后泵管的頂部。用12的鋼板焊接一個加固板，并焊接4個16的螺母，擰入4根16的螺栓，螺栓頭部磨尖利于插入混凝土中，尾部焊接螺母擰入用。C加載設(shè)計及壓注順序壓注時采取多點對稱壓注的施工方法。先下后上，先壓注426鋼管，再壓注203鋼管。加載設(shè)計原則為：設(shè)計要求：8根鋼管分兩次壓注，第一次壓注完成下弦4根鋼管，第二次壓注完

12、成上弦4根鋼管。而且，每次壓注結(jié)束時4根鋼管內(nèi)的混凝土均不得初凝。根據(jù)實驗室混凝土試件在標(biāo)養(yǎng)室測定的初凝時間約為15小時，如果壓注順利的話完全能夠在初凝前壓注4根。根據(jù)對稱受力原則，應(yīng)同時壓注兩根鋼管。若根據(jù)受力計算可知一根鋼管內(nèi)填充混凝土后對拱肋未產(chǎn)生塑性變形，則可以先壓注一根鋼管，然后再壓注對稱的另一根鋼管，即實現(xiàn)單根壓注循環(huán)。一根鋼管應(yīng)采用兩臺泵車同時對稱泵送，混凝土宜連續(xù)灌注，一氣呵成。必須停歇時，最終灌注完成時間不得超過第一盤入管混凝土的初凝時間。設(shè)計要求，第一次壓注的兩根鋼管混凝土的強度均達(dá)到設(shè)計強度的90%以上才允許給拱肋加載，所以每次加載需要間隔一定時間后進行，間隔時間以同條件

13、養(yǎng)護試件壓后的強度來定。同條件養(yǎng)護試件制作方法：用試模制作試件后不拆除，先用黃油將接縫密封，再用鋼板將頂面密封，放置在室外并禁止人員擾動也不澆水，盡量模擬實際情況。灌注203鋼管微膨脹水泥漿在主弦管壓注后再進行。一次灌注多少根203鋼管，由監(jiān)控單位進行加載計算。D壓注施工臨時堵塞出渣孔，用混凝土泵從兩側(cè)向拱頂壓注清水，水至拱頂由出漿孔冒出后，打開拱腳處的排渣閘閥，讓管內(nèi)水及渣物流出，沉積在管底的渣物用勺子從出渣口伸進去一點一點掏出來，然后焊接封閉出渣孔。人工從灌注孔灌注壓注口以下的管內(nèi)混凝土，用振搗棒從灌注孔插入振搗。混凝土灌至稍低于壓注口位置時停止灌注。立即清理灌注孔并用鋼板封閉灌注孔。灌注

14、管的做法是：在灌注管頂部預(yù)先環(huán)焊16鋼板，并設(shè)置4個22的螺栓孔，封閉鋼板對應(yīng)設(shè)置4個22的螺栓孔，封閉時中間擠壓橡膠皮墊密封。泵車的泵管預(yù)先與柵閥泵管拼接好。需要注意的是，在開始壓注前，將截止閥螺栓擰出，并在螺栓孔中塞滿黃油，再將螺栓擰入后但不穿入泵管內(nèi)，以便壓注后螺栓能順利插入混凝土中。待焊縫冷卻后壓注少量混凝土過壓注口。兩邊從排氣孔用漏斗注入約0.5m3水泥砂漿（即將混凝土配合比中石子扣除），然后繼續(xù)壓注混凝土直至拱頂。水泥砂漿的目的是減小混凝土與管壁之間的摩擦力，壓注過程中根據(jù)排氣孔觀察到的情況隨時補漿。壓注過程中保持慢速、均勻、對稱、抵壓的壓注狀態(tài)，通過錘擊的方法了解混凝土的高程，以

15、調(diào)整混凝土的壓注速度，使兩端的混凝土面高差保持在1m范圍以內(nèi)?；炷两咏绊斆鏁r，嚴(yán)格控制速度防止混凝土超過拱頂截面時振動而引起鋼管骨架縱向失穩(wěn)?；炷恋竭_(dá)拱頂，拱頂出漿孔有混凝土溢出且無氣泡冒出時，停止泵送。關(guān)閉壓注口閥門且不得漏漿，拆除輸送泵接頭。E施工要點a、當(dāng)混凝土澆灌到鋼管頂部時，可用振搗棒從出漿孔對混凝土稍作振搗。溢出的混凝土用木板制作的槽箱接住并及時清理轉(zhuǎn)移。b、泵送頂升用混凝土必須按設(shè)計要求，在混凝土坍落度測試符合要求后方可進行頂升施工。由于意外原因在現(xiàn)場停置時間過長，坍落度損失嚴(yán)重的混凝土不得用于頂升施工。坍落度的測量分別在出攪拌機口和入泵前進行。c、本橋鋼管混凝土壓注過程中

16、不需振搗，以防堵管。壓注口以下部分鋼管混凝土靠人工灌注，為保證此部分混凝土密實，采用插入式振搗棒插入鋼管振搗。d、頂升施工時用于潤滑輸送管的水泥砂漿不得替代混凝土留在鋼管內(nèi)，必須排出。e、為防止混凝土回流，在壓注口設(shè)置截止閥，泵送頂升時開啟，結(jié)束時關(guān)閉。泵管連接必須安全可靠。為保證施工安全，磨損嚴(yán)重的泵管不得使用。f、鋼管開孔時割下的圓形板編號保存，混凝土灌注完成后再將其焊上。g、泵送混凝土因故暫停時，須每隔23min抽動一下泵的活塞，防止混凝土假凝引起阻塞。h、混凝土泵送過程中，隨時檢查控制拱軸線變化，尤其是混凝土分別到達(dá)拱跨的1/4及1/2處。i、根據(jù)橋涵規(guī)范要求，輸送泵的泵壓不宜超過4M

17、Pa，以免鋼管被壓裂。本橋鋼拱肋主弦管要比泵管承壓能力大的多，所以只需根據(jù)計算得出的泵壓配好泵管即可。同時考慮輸送泵的選擇及備用幾個壓注口。F出現(xiàn)非正常現(xiàn)象的應(yīng)急處理措施a、混凝土離析、泌水：在混凝土拌制、水平運輸、泵送和布料澆灌的全過程中由于操作不當(dāng)，造成混凝土的勻質(zhì)性被破壞則出現(xiàn)混凝土離析。離析的混凝土容易堵管，強度也會降低。處理措施為一是靠攪拌站的攪拌質(zhì)量來保證；二是混凝土運輸要用攪拌運輸車；三是在泵車上設(shè)置帶攪拌裝置的料斗保證入泵混凝土拌和均勻，若混凝土骨料分離比較嚴(yán)重，料斗內(nèi)灰漿明顯不足時，應(yīng)將分離的骨料清除或另加砂漿或?qū)⒋瞬糠只炷翖壍舨挥茫凰氖潜盟捅M可能連續(xù)。b、泵管堵管處理：在

18、出現(xiàn)堵管征兆時，應(yīng)及時采取措施，可有效防止堵管。在正常情況下，泵送油壓最高值不會達(dá)到設(shè)定壓力。若泵送油壓很快達(dá)到設(shè)定壓力，正常泵送循環(huán)自動停止，主油路溢流閥發(fā)出溢流的響聲，就表明發(fā)生了堵塞。此時可頻繁地進行反泵操作，將管道混凝土吸回一部分到料斗里，通?？膳懦鹿?。若不行，說明已堵牢。此時，在一邊進行正泵反泵操作，一邊讓其他人員沿著輸送管路尋找堵塞部位，一般從泵的出口開始，未堵塞的部位會劇烈振動，而堵塞部位之后的管路是靜止的，還可以用木錘敲打判斷。用木錘敲打堵塞部位有時可以使堵塞的骨料瓦解而恢復(fù)通暢，但不準(zhǔn)用鐵錘等砸損管道。若敲打無效，可將堵塞段管件拆下，清除混凝土后再裝回去，即可繼續(xù)泵送。骨架

19、鋼管堵塞處理：堵管的原因可能是管道潤滑不足，摩擦阻力太大造成，或者是由于停歇時間太長，混凝土水分倒流造成失水嚴(yán)重形成堵管。本橋可能出現(xiàn)堵塞的位置應(yīng)該在法蘭盤。此時可用木錘判斷堵管位置，在堵管上部約0.5m處現(xiàn)開壓注口，并立即焊接帶截止閥壓注管，將備用管道接上繼續(xù)壓注。同時，為節(jié)約時間，計劃預(yù)先在第3節(jié)段的拱腳位置開壓注口并焊接泵管備用。c、壓注過程中出現(xiàn)線形變化的處理：壓注前要模擬壓注進行鋼拱肋受力計算。壓注過程中對鋼拱肋的應(yīng)力應(yīng)變隨時檢測并進行數(shù)據(jù)分析。本橋鋼拱肋設(shè)計剛度夠大，但可能會由于壓注速度過快出現(xiàn)振動引起失穩(wěn)破壞或者兩岸壓注進度控制不均出現(xiàn)拱肋受力不均引起線形變化，此時一方面要控制保

20、持合理的壓注速度，另一方面控制兩岸均衡加載，還可以預(yù)先準(zhǔn)備一些配重，當(dāng)拱頂拱起超出允許值時，可立即停止壓注并在拱頂位置加配重以實現(xiàn)平衡確保線形。G機具設(shè)備 序號名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1砼輸送泵HBTS60臺4每岸1臺，備用1臺2砼攪拌運輸車 輛4兩岸各兩輛3砼拌和站50m3/h座2每岸1座，備齊易損壞件4磅稱/臺秤100/10kg臺2/2每側(cè)一臺5發(fā)電機250kW臺1現(xiàn)有，在萬州臺6發(fā)電機75kW臺1現(xiàn)有，在宜昌臺7裝載機3m3輛2兩岸各一輛，備齊易損件8高壓泵管125m300其中備用管道250m、配備彎頭和接卡9灰漿攪拌機UJW4臺2兩岸各1臺10灰漿輸送泵UBJ2臺2兩岸各1臺

21、11插入式振搗棒50臺4每岸兩臺12坍落度桶 個4兩岸各2個13抽水泵 臺2兩岸各1臺14對講機 臺10指揮、攪拌站、輸送泵、檢查人員等H人員配備 序號工種人數(shù)分工1輸送泵操作員4開關(guān)輸送泵及故障排除、開關(guān)攪拌料斗2攪拌機司機4攪拌混凝土3裝載機司機2裝料倒料4混凝土供料人員16水泥、粉煤灰、膨脹劑、減水劑供應(yīng)5電工2電路鋪設(shè)及檢查、發(fā)電機操作6修理工2修理機械7串筒維護更換、管路檢查人員6維護更換串筒、檢查管路及維修8測量及試驗人員8隨時抽檢機口混凝土坍落度9供水人員4抽水、供水、檢查維護10雜工8清理廢棄混凝土等協(xié)助工作11后勤及醫(yī)療保障4做好食宿等后勤供應(yīng)合

22、計60 （2）骨架203×10鋼管內(nèi)灌注微膨脹水泥漿施工骨架203×10鋼管設(shè)計共有260根，其中12根用426×12鋼管替換作扣點用，根據(jù)設(shè)計變更要求，只對橫向的203鋼管灌注微膨脹水泥漿，共需約9.1m3，豎向不灌。最大單根鋼管內(nèi)存水泥漿方量不超過0.3m3,采用漏斗灌注。灌注時兩岸要對稱灌注。當(dāng)排氣孔冒出濃漿后便停止灌注，灌完后要保證灌注管和排氣管內(nèi)有漿液以保證在重力作用下管內(nèi)密實。用箱槽接住從排氣孔排出的漿液并回收防止污染河道。灌注之前在場地上用與拱肋上最長管段長度一致的203鋼管做灌注模擬試驗，以檢驗方案的可操作性及是否密實效果。6、鋼管混凝土

23、質(zhì)量檢查及缺陷處理措施管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量，可用敲擊鋼管聽聲音的變化的方法檢查混凝土與鋼管內(nèi)壁間的間隙，精確度為12。若有異常，則采用超聲波進一步檢查。其原理和檢測方法如下：鋼管混凝土是鋼管與填心混凝土組成的復(fù)合材料，密實完好的構(gòu)件對應(yīng)著一個固有的密度，也對應(yīng)著一個固有的傳播聲速及振幅和波形。密實度發(fā)生變化或混凝土內(nèi)出現(xiàn)缺陷時，其密度、傳播聲速、振幅、波形均會發(fā)生變化，因此可以預(yù)先制備一段合格的足尺鋼管混凝土試件（稱為標(biāo)定試件），用超聲波儀測得其固有傳播聲速V1、振幅A1、頻率f1及波形曲線（稱為標(biāo)定數(shù)據(jù)），然后再用同一臺儀器測定，檢測結(jié)構(gòu)的這些參數(shù)V2、A2、f2，將兩者進行比較即可判定是否

24、存在缺陷。若存在不密實的地方則開窗補漿。四、質(zhì)量保證措施1、泵送鋼管混凝土的成功，需要施工組織體系高效運轉(zhuǎn)，施工準(zhǔn)備工作嚴(yán)密充分，施工人員盡職盡責(zé)，施工布置合理便利，理論計算指導(dǎo)施工要準(zhǔn)確及時。2、混凝土質(zhì)量是泵送成功的關(guān)鍵。石子采用反擊破碎石，針片狀骨料含量、骨料最大粒徑的含量均不能超過規(guī)范要求，級配要滿足級配標(biāo)準(zhǔn)。若粉含量較大，可對石子用水沖洗后使用。砂子以天然中砂為好，必要時過篩。要求混凝土和易性好，不離析，坍落度損失小。材料計量要準(zhǔn)確。不滿足要求的混凝土堅決棄之不用。用于潤滑管道的水泥砂漿不得替代混凝土留在鋼管內(nèi)。3、泵送頂升工藝的工作壓力較大，施工中必須防止混凝土輸送管爆裂，截止閥短

25、管發(fā)生開焊脫落，排氣孔封閉時應(yīng)加強，必要時焊接封閉。4、壓注時須由專人指揮，確保拱兩端壓注速度均衡一致，保證拱肋對稱受力。5、發(fā)現(xiàn)拱頂大量涌出混凝土?xí)r應(yīng)立即停泵控制泵壓。6、壓注過程中應(yīng)隨時觀測拱肋軸線變形及鋼管應(yīng)力及應(yīng)變變化。7、管道坡度設(shè)置應(yīng)盡量保持平緩，管道接頭必須連接緊密，彎管位置要固定，磨損嚴(yán)重的泵管不用在泵送管路中。8、鋼管混凝土壓注時間選擇溫度較低的時候進行，可選擇在清晨。鋼管表面溫度高于60度時，須用水沖降溫。9、每次壓注完成后要對泵管徹底進行清洗，不要在管內(nèi)粘結(jié)殘余混凝土。10、施工機械設(shè)備應(yīng)完好，并配足易損件。施工前要對攪拌站、裝載機、輸送泵、發(fā)電機等進行全面徹底檢查維護。五、安全保證措施1